四川大学：《物理化学》课程教学资源（课件讲稿）第八章 胶体化学

第八章 胶体化学 §8一1概 述 1、分散系统 所谓分散系统，是一种或几种物质分散在另一种物质中所 构成的系统。如牛奶中奶油液滴分散在水中，颜料分散在有机 液体中形成油漆等等。通常把被分散的物质称为分散相，起分 散作用的物质叫分散介质。 分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。 均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的 系统。此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在，是热 力学稳定的系统。 非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形 成的多相系统

第八章 胶体化学 § 8 —1 概 述 1、分散系统 所谓分散系统，是一种或几种物质分散在另一种物质中所 构成的系统。如牛奶中奶油液滴分散在水中，颜料分散在有机 液体中形成油漆等等。通常把被分散的物质称为分散相，起分 散作用的物质叫分散介质 。 分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。 均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的 系统。此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在，是热 力学稳定的系统。 非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形 成的多相系统

▲按分散质（分散相）及分散介质的聚集态分类 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 乳状液 牛奶及含水原油 固 液 溶胶或悬 银溶胶、油墨、泥浆 浮液 气 固 固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 悬浮体 烟、沙尘暴 ▲按分散质的质点大小分类 类型 粒子的大小 实例 小分子或小离子分散系统 10-6m 泥浆

▲按分散质（分散相）及分散介质的聚集态分类 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 液 液 乳状液 牛奶及含水原油 固 液 溶胶或悬 浮 液 银溶胶、油墨、泥浆 气 固 固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 气 悬浮体 烟、沙尘暴 ▲按分散质的质点大小分类 类 型 粒子的大小 实 例 小分子或小离子分散系统 ＜10-9m 空气、乙醇的水溶液 胶体分散系统 10-9~10-6m Al(OH)3水溶胶 粗分散系统 ＞10-6m 泥浆

2、胶体分散系统 根据UPAC,分散相的粒子，只要它们至少有一维空间的尺 寸（即线尺寸）在109~10-6的范围并分散于另一相之中，就构 成胶体分散系统。因此，胶体分散系统包括： (1)溶胶 溶胶也叫憎液溶胶。是由难溶物分散在分散介质中所形成 的，粒子与分散介质之间存在相的界面，粒子能通过滤纸，但 不能透过半透膜，扩散速度慢，在普通显微镜下看不见。 其主要特征是： 高度分散的、多相的、热力学不稳定系统。 (2)高分子溶液 大分子物质分散于分散介质之中，形成的系统。其主要特征 是高度分散的、均相的、热力学稳定系统

2、 胶体分散系统 根据IUPAC，分散相的粒子，只要它们至少有一维空间的尺 寸（即线尺寸）在10-9~10-6m的范围并分散于另一相之中，就构 成胶体分散系统。因此，胶体分散系统包括： （1）溶胶 溶胶也叫憎液溶胶。是由难溶物分散在分散介质中所形成 的，粒子与分散介质之间存在相的界面，粒子能通过滤纸，但 不能透过半透膜，扩散速度慢，在普通显微镜下看不见。 其主要特征是： 高度分散的、多相的、热力学不稳定系统。 （2）高分子溶液 大分子物质分散于分散介质之中，形成的系统。其主要特征 是高度分散的、均相的、热力学稳定系统

(3)缔合胶体 通常由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基 团的电解质分子缔合成的粒子，称为胶束，分散于另一相中形 成的系统。粒子与分散介质之间存在相的界面，其特征是高度 分散的，多相的系统。 3、粗分散系统 粗分散系统包括乳状液、悬浮液、泡沫等，它们在性质及研 究方法上与胶体分散系统有许多相似之。 §8一2溶胶的性质 1、溶胶的光学性质 (1)丁达尔效应 由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子 尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象一丁达尔现象

（3）缔合胶体 通常由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基 团的电解质分子缔合成的粒子，称为胶束，分散于另一相中形 成的系统。粒子与分散介质之间存在相的界面，其特征是高度 分散的，多相的系统。 3、粗分散系统 粗分散系统包括乳状液、悬浮液、泡沫等，它们在性质及研 究方法上与胶体分散系统有许多相似之。 §8—2 溶胶的性质 1、溶胶的光学性质 （1）丁达尔效应 由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子 尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象－丁达尔现象

如图所示，在暗室里，将一束光线透过溶胶，在光束的垂 直方向观察，可以在光透过溶胶的途径上看到一个光柱，这 就是丁达尔效应。 光源 透镜 溶胶 丁达尔效应 丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用

溶胶 丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。 光源 透镜 丁达尔效应 如图所示，在暗室里，将一束光线透过溶胶，在光束的垂 直方向观察，可以在光透过溶胶的途径上看到一个光柱，这 就是丁达尔效应

当光线照射到微粒上时，可能发生两种情况： ①微粒尺寸大于入射光波长很多时，发生光的反射（或折 射)。 ②若微粒尺寸小于入射光波长时，则发生光的散射。 可见光的波长在400~760m的范围，大于一般溶胶粒子的尺 寸。当可见光（电磁波）照射在微粒上时，向各个方向发射与 入射光有相同频率的电磁波即散射光波。 由于溶胶的高分散度和多相性，入射光照射在溶胶粒子上， 必然会产生散射光。当然，由于分子热运动引起密度或浓度涨 落，也会造成光学的不均匀性，产生光的散射。产生散射光的 强度，可用雷利公式计算。 (2),雷利公式9x2pu 2 1(R,=1o n2-n1 (1+cos28) (8-2-1) 214R2

当光线照射到微粒上时，可能发生两种情况： ① 微粒尺寸大于入射光波长很多时，发生光的反射 (或折 射 ) 。 ② 若微粒尺寸小于入射光波长时，则发生光的散射。 可见光的波长在400~760nm的范围，大于一般溶胶粒子的尺 寸。当可见光（电磁波）照射在微粒上时，向各个方向发射与 入射光有相同频率的电磁波即散射光波。 由于溶胶的高分散度和多相性，入射光照射在溶胶粒子上， 必然会产生散射光。当然，由于分子热运动引起密度或浓度涨 落，也会造成光学的不均匀性，产生光的散射。产生散射光的 强度，可用雷利公式计算。 （ 2）雷利公式 ( 1 cos ) 2 2 9 ( , ) 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 4 2 2 2 0 θ λ π ρυ θ +         + − = n n n n R I R I （8-2-1 ）

中1是入射光强度，入是波长，p和v分别是粒子的数密 度 (p=N/V,N为体积V中的粒子数)和单个粒子的体积，n 和 n2分别为分散介质和分散相的折射率。上式表明： ①散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。 因此入射光波长越短的光，散射光越强。如果入射光为白 光，则其中波长较短的蓝色和紫色光，散射作用最强；而波长 较长的红色光散射较弱，大部分将透过溶胶。因此，当白光照 射溶胶时，从侧面看，散射光呈蓝紫色，而透过光呈橙红色 (如氯化银、溴化银等溶胶，迎着透射光看是红黄色，而从垂 直于入射光的方向观察则带蓝色)。晴朗的天空呈现蓝色是由 于空气中的尘埃粒子和小水滴散射太阳光引起的，而日出日落 天空呈橙红色，是由于透射光引起的

式中I0是入射光强度，λ是波长， ρ 和υ分别是粒子的数密 度 （ρ = N / V，N 为体积V 中的粒子数）和单个粒子的体积，n1 和 n2分别为分散介质和分散相的折射率。上式表明： ① 散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。 因此入射光波长越短的光，散射光越强。如果入射光为白 光，则其中波长较短的蓝色和紫色光，散射作用最强；而波长 较长的红色光散射较弱，大部分将透过溶胶。因此，当白光照 射溶胶时，从侧面看，散射光呈蓝紫色，而透过光呈橙红色 （如氯化银、溴化银等溶胶，迎着透射光看是红黄色，而从垂 直于入射光的方向观察则带蓝色）。晴朗的天空呈现蓝色是由 于空气中的尘埃粒子和小水滴散射太阳光引起的，而日出日落 天空呈橙红色，是由于透射光引起的

②散射光的强度与分散相和分散介质的折射率有关。 当分散相与分散介质折射率相差越大，散射光越强，反之则 越弱。 溶胶具有明显的丁达尔效应，而高分子溶液的丁达尔效应 很弱。因此可用丁达尔效应来区分溶胶和高分子溶液。 ③散射光强度与粒子的数密度成正比。 对于物质种类相同，仅粒子数浓度不同的溶胶，若测量条件 相同，两溶胶的散射光强度之比应等于其浓度之比。 若已知其中一个溶胶的浓度，即可求出另一溶胶的浓度。散 射光强度又称为浊度，浊度计就是根据这一原理设计的。 高度分散的憎液溶胶从外观上看是完全透明的，利用雷利散 射原理设计的超显微镜，可以研究5~l5nm颗粒的散射光现象。 应用电子显微镜，可以将物像放大10万~50万倍，能直接观察到 粒子形状及测定某些胶核的大小

② 散射光的强度与分散相和分散介质的折射率有关。 当分散相与分散介质折射率相差越大，散射光越强，反之则 越弱。 溶胶具有明显的丁达尔效应，而高分子溶液的丁达尔效应 很弱。因此可用丁达尔效应来区分溶胶和高分子溶液。 ③ 散射光强度与粒子的数密度成正比。 对于物质种类相同，仅粒子数浓度不同的溶胶，若测量条件 相同，两溶胶的散射光强度之比应等于其浓度之比。 若已知其中一个溶胶的浓度，即可求出另一溶胶的浓度。散 射光强度又称为浊度，浊度计就是根据这一原理设计的。 高度分散的憎液溶胶从外观上看是完全透明的，利用雷利散 射原理设计的超显微镜，可以研究5~15nm颗粒的散射光现象。 应用电子显微镜，可以将物像放大10万~50万倍，能直接观察到 粒子形状及测定某些胶核的大小

2、溶胶的动力学性质 溶胶是一种高度分散的多相系统，在热力学上是不稳定的。 溶胶会自动聚结为大粒子，使整个胶体系统遭到破坏。但溶胶 却能稳定存在，其主要原因是溶胶的动力学性质。 (1)布朗运动与扩散 在显微镜下可观察到悬浮在水中的花粉颗粒作永不停息的无 规则运动，称为布朗运动。用超显微镜可以观察布朗运动

图9-2 布朗运动(a) 2、溶胶的动力学性质 溶胶是一种高度分散的多相系统，在热力学上是不稳定的。 溶胶会自动聚结为大粒子，使整个胶体系统遭到破坏。但溶胶 却能稳定存在，其主要原因是溶胶的动力学性质。 （1）布朗运动与扩散 在显微镜下可观察到悬浮在水中的花粉颗粒作永不停息的无 规则运动，称为布朗运动。用超显微镜可以观察布朗运动

产生布朗运动的原因是分散介 质分子对胶粒撞击的结果。受介质 分子的热运动的撞击，在某一瞬 间， 它所受的来自各个方向的撞击力不 会互相抵销，如图所示，加上粒子 自身的热运动。因而，它在不同的 时刻以不同速度、不同方向作无规 则运因斯坦用几率的概念和分子 运动论的观点，导出了爱因斯坦 布朗平均位移公式 RTt = (8-2 L3πmr 2)

产生布朗运动的原因是分散介 质分子对胶粒撞击的结果。受介质 分子的热运动的撞击，在某一瞬 间， 它所受的来自各个方向的撞击力不 会互相抵销，如图所示，加上粒子 自身的热运动。因而，它在不同的 时刻以不同速度、不同方向作无规 则运动。 图10-2 布朗运动(b) 爱因斯坦用几率的概念和分子 运动论的观点，导出了爱因斯坦 - 布朗平均位移公式 L r RTt x 3πη = （8-2- 2 ）